(1)(4分)我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作。PM-优题课

题文

(1)(4分)我国已开展空气中PM 2.5浓度的监测工作。PM 2.5是指空气中直径小于2.5微米的悬浮颗粒物，可在显微镜下观察到，它漂浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后会进人血液对人体形成危害，矿物燃料燃烧时废弃物的排放是形成PM 2.5的主要原因。下列关于PM 2.5的说法中正确的 (填写选项前的字母)

A．PM 2.5在空气中的运动属于分子热运动

B．温度越高，PM 2.5的无规则运动越剧烈

C．PM 2.5的质量越小，其无规则运动越剧烈

D．由于周围大量空气分子对PM 2.5碰撞的不平衡，使其在空中做无规则运动

（2）(8分)如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体。活塞的质量为m,横截面积为S0 。初始时气体的温度为T0，活塞与容器底部相距h。现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时活塞下降了h，已知大气压强为p0，重力加速度为g,不计活塞与气缸的摩擦。求此时气体的温度和加热过程中气体内能的增加量。（题中各物理量单位均为国际单位制单位）

科目物理题型计算题难度中等

知识点：热力学第一定律

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如图所示，质量 $M = 2 k g$ 的滑块套在光滑的水平轨道上，质量 $m = 1 k g$ 的小球通过长 $L = 0.5 m$ 的轻质细杆与滑块上的光滑轴 $O$ 连接，小球和轻杆可在竖直平面内绕 $O$ 轴自由转动，开始轻杆处于水平状态，现给小球一个竖直向上的初速度 $v_{0} = 4 m / s$ ， $g$ 取 $10 m / s^{2}$ 。

（1）若锁定滑块，试求小球通过最高点 $P$ 时对轻杆的作用力大小和方向。
（2）若解除对滑块的锁定，试求小球通过最高点时的速度大小。
（3）在满足（2）的条件下，试求小球击中滑块右侧轨道位置点与小球起始位置点间的距离。

如图甲，在 $x > 0$ 的空间中存在沿 $y$ 轴负方向的匀强电场和垂直于 $x O y$ 平面向里的匀强磁场，电场强度大小为 $E$ ，磁感应强度大小为 $B$ 。一质量为 $m$ ，带电量为 $q (q > 0)$ 的粒子从坐标原点 $O$ 处，以初速度 $v_{0}$ 沿 $x$ 轴正方向射入，粒子的运动轨迹见图甲，不计粒子的重力。
⑴求该粒子运动到 $y = h$ 时的速度大小 $v$ ；
⑵现只改变入射粒子初速度的大小，发现初速度大小不同的粒子虽然运动轨迹（ $y - x$ 曲线）不同，但具有相同的空间周期性，如图乙所示；同时，这些粒子在 $y$ 轴方向上的运动（ $y - t$ 关系）是简谐运动，且都有相同的周期 $T = \frac{2 πm}{q B}$ 。
Ⅰ．求粒子在一个周期 $T$ 内，沿 $x$ 轴方向前进的距离 $s$ ；
Ⅱ．当入射粒子的初速度大小为 $v_{0}$ 时，其 $y - t$ 图像如图丙所示，求该粒子在 $y$ 轴方向上做简谐运动的振幅 $A_{y}$ ，并写出 $y - t$ 的函数表达式。

如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图，其下半部AB是一长为2 $R$ 的竖直细管，上半部 $B C$ 是半径为 $R$ 的四分之一圆弧弯管，管口沿水平方向， $A B$ 管内有一原长为 $R$ 、下端固定的轻质弹簧。投饵时，每次总将弹簧长度压缩到0.5 $R$ 后锁定，在弹簧上端放置一粒鱼饵，解除锁定，弹簧可将鱼饵弹射出去。设质量为 $m$ 的鱼饵到达管口 $C$ 时，对管壁的作用力恰好为零。不计鱼饵在运动过程中的机械能损失，且锁定和解除锁定时，均不改变弹簧的弹性势能。已知重力加速度为 $g$ 。求：

（1）质量为 $m$ 的鱼饵到达管口 $C$ 时的速度大小 $v_{1}$ ；
（2）弹簧压缩到0.5 $R$ 时的弹性势能 $E_{P}$ ；
（3）已知地面与水面相距1.5 $R$ ，若使该投饵管绕AB管的中轴线 $O O `$ 在90º角的范围内来回缓慢转动，每次弹射时只放置一粒鱼饵，鱼饵的质量在2 $m$ 到3 $m$ 之间变化，且均能落到水面。持续投放足够长时间后，鱼饵能够落到水面的最大面积 $S$ 是多少？

反射式速调管是常用的微波器件之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其振荡原理与下述过程类似。如图所示，在虚线 $M N$ 两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场，一带电微粒从 $A$ 点由静止开始，在电场力作用下沿直线在 $A$ 、 $B$ 两点间往返运动。已知电场强度的大小分别是 $E_{1} = 2.0 \times 10^{3} N / C$ 和 $E_{2} = 4.0 \times 10^{3} N / C$ ，方向如图所示。带电微粒质量 $m = 1.0 \times 10^{- 20} k g$ ，带电量 $q = - 1.0 \times 10^{- 9} C$ ， $A$ 点距虚线 $M N$ 的距离 $d_{1} = 1.0 c m$ ，不计带电微粒的重力，忽略相对论效应。求：

⑴ $B$ 点到虚线 $M N$ 的距离 $d_{2}$ ；

⑵带电微粒从 $A$ 点运动到 $B$ 点所经历的时间 $t$ 。

如图所示，物体 $A$ 放在足够长的木板 $B$ 上，木板 $B$ 静止于水平面。 $t = 0$ 时，电动机通过水平细绳以恒力 $F$ 拉木板 $B$ ，使它做初速度为零，加速度 $a_{B} = 1.0 m / s^{2}$ 的匀加速直线运动。已知 $A$ 的质量 $m_{A}$ 和B的质量 $m g$ 均为 $20 . k g$ , $A$ 、 $B$ 之间的动摩擦因数 $μ_{1} = 0.05$ ， $B$ 与水平面之间的动摩擦因数 $μ_{2} = 0.1$ ，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等，重力加速度 $g$ 取 $10 m / s^{2}$ 。求

（1）物体 $A$ 刚运动时的加速度 $a_{A}$
（2） $t = 0.1 s$ 时，电动机的输出功率 $P$ ；
（3）若 $t = 0.1 s$ 时，将电动机的输出功率立即调整为 $P ` = 5 W$ ，并在以后的运动过程中始终保持这一功率不变， $t = 3.8 s$ 时物体A的速度为 $1.2 m / s$ 。则在 $t = 1.0 s$ 到 $t = 3.8 s$ 这段时间内木板 $B$ 的位移为多少？

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